JPH0675753B2 - 電導液体流を制御する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は広く連続鋳造に係り、特に電導液体に連続鋳造
での溶融金属溶の流れを制御する新しい改良された方法
及び装置に関する。

〔従来の技術と問題点〕

一般的にいえば本発明の装置は中央域を有する導管を有
する注入管と、該注入管の周りに同心円状に配置された
電磁作用長（電磁的に効果を与える長さ）を有する電磁
コイルとを具備する。

連続鋳造において、１つの容器から他へ、例えば取鍋か
らタンディッシュへ、又はタンディッシュから連続鋳造
鋳型への金属の流れはストッパ又はスライダ又はゲート
によって制御される。これらの制御部材と鍛造作業中に
起る種々の不具合はよく知られている。その例としてい
わゆる漏れるストッパ、流れの一部凝固、頻発する不十
分な制御、機械的作動部の摩耗、油圧動作又は変位機構
の必要性等がある。

従って、従来技術によれば連続鋳造において注入管の周
りに同心円状に配置されたコイルによって発生した電磁
力によって注入管を介して流れる金属の断面を制限しあ
るいは圧縮することが試みられてきた。しかしながら、
鋳造システムに対するこの種の電磁気的作用ではその効
果は不十分である。特に、物理的理由から影響を与える
べき金属流がある程度迄制限され得るが十分でないので
金属流を完全にストップすることは不可能である。

従って上記を鑑み上記従来技術構造の欠点及び短所を示
さない、電導液体流、特に連続鋳造での溶融金属流を制
御する新しい、改良された方法及び装置を提供すること
が本発明の主な目的である。

本発明の他の特定の目的は電導液体流を制御する前述の
タイプの新しい改良された方法と装置に加えて以前から
知られたストッパ機構又はスライダ、向上した作業の安
全性、安いメインテナンス費用及び少ない物理的摩耗と
比較して良好な制御性が可能な方法と装置を提供するこ
とである。

更に、金属流の作業信頼性のよい開始と終了を提供する
ことが重要な目的である。

本発明の他の重要な目的は構造と設計上比較的単純で、
製造上極端に経済的で高い作業信頼性で、ブレークダウ
ンや不調が簡単におこらずメンテナンスと修理が最小で
ある新しい改良された装置の構造を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

記載が進むにつれてより明らかになる本発明のこれらの
そして他の目的を実施するために本発明の方法はそれが
注入管の流路の中心と、該注入管の周りに配置されたコ
イルによって発生した電磁界の作用を受ける長さ内とに
ある電導液体、特に溶融金属流を抑制し、制限又は絞り
用電磁力で電導溶融金属の流れを制御可能にしその電導
溶融金属に作用する工程を含む特徴によって示される。

本発明の装置はそれが電磁コイルの電磁気的に作用する
長さ内の流路に設けられた耐火性、耐熱性又は耐火物挿
入部材を含み、該耐火物挿入部材は上部と外側面を有し
そして少なくともその上部で該注入管の流路の中央域を
占有し且つ電磁力で制御された電導溶融金属が耐火物挿
入部材の外側面に流れる特徴によって示される。

電導液体流、代表的には溶融金属は電磁コイルと該コイ
ルの電磁気的に作用する長さ内の注入管中央で液体又は
金属流を抑制し又は妨害させることによって、また、該
金属又は液体に制限的又は絞り用電磁力を付与すること
によって完全な停止又は絞りがなれるように制御され
る。所定の幾何学的条件の下で電磁界の配置と強度は流
れる電導液又は溶融金属量を決める。

良好な制御と流れの停止はこのようにして実現される。

電磁コイルの作用長さ内で金属流を外に転換して抑制す
ることは好ましい。というのはこの場合、電磁コイルで
発生した電磁力が導電金属流の方向と反対に作用するか
らである。電磁コイルの作用長さはコイル軸での電磁コ
イルのほぼ物理的長さと理解される。

完全に溶融金属流を中断するために電磁コイルの電磁作
用によって金属流を簡単に中断すること、注入管流路内
の金属を冷却し凝固することそして続いて電磁界を切る
ことが好ましい。このように信頼性のよい閉鎖又は停止
は長期間でも形成し得る。必要なら再溶解は外部動作、
例えば電磁界をかけることによって可能である。

他の利点は流れの方向でのコイルの作用長さ前方に位置
する金属を冷却し凝固することにある。凝固した金属プ
ラグの除去はそれぞれ金属プラグの高さに上げて電磁コ
イルをONすることによってあるいはこの高さに常時配置
された第２の電磁コイルをONすることによってなされ
る。このように例えば多ストランド設備では中断後の選
択的な続行は個々のストランドで行なわれる。

注入管流路内及び電磁コイルの電磁作用領域での金属を
冷却しそして凝固を行ないそして、金属流を開始する所
定の時間、特に鋼ストランドの連続鋳造での鋳造開始時
に電磁コイルを用いて金属を誘導加熱することによって
再溶解することも好ましい。このように例えば多ストラ
ンド鋳造設備では個々のストランドの鋳造開始がなされ
る。

その効果は金属が耐火物挿入部材の外側面に流れる少な
くともその上部で注入管流路の中央を満たし又は占める
耐火物挿入材料によって達成され、その結果電磁コイル
による電磁気的影響は誘導コイルに近いゾーンで作用す
る。制御に必要な磁界強さはそのゾーンで低エネルギ条
件で発生し得る。金属流の制御性又は停止性はこのよう
に実現する。

挿入部材は注入管と一体で、電磁コイルの電磁気的作用
域のその長さが制御特性に影響する環状空間を好ましく
形成する。

注入管の中央を満たし又は占める耐火物挿入部材の直径
を、注入溶融金属流の電導性に関連させあるいはコイル
電流の周波数にあるいは両方に関連させて選択すること
が好ましい。

耐火物挿入部材の径が溶融金属浴への電磁界の透過深さ
の３倍以上の時特に制御が良好になされることになる。

この透過深は1970年５月21日に出された西ドイツ特許公
報No.1,803,473号に記した透過の大きさと理解されるは
ずである。

注入管の流路は金属流の方向で空間又は画室へ拡大され
た段付き部を有するのが好ましく、耐火物挿入部材はそ
の空間又は画室の端面に対して空間的関連でこの拡大部
をとり付ける。このように金属流は環状空間である外側
のギャップ内に移動する。金属は該ギャップ先の空間で
よく制限されあるいは圧縮され、それによって、耐火物
挿入部材の外面によって又溶融金属が十分に長く内側へ
変位する場合、注入管の内面によって解放された環状空
間を金属が流れない。

耐火物挿入部材は上部内の孔又は流路を好ましく有し、
孔を介して溶融金属が環状空間又は画室から耐火物挿入
部材の中央流路内へ流出しその流路内を下方へ流すこと
ができる。金属、例えば鋼は特に小さなストランド形状
に有利な後続容器内、中央に導入される。

本発明の他の特徴によれば、耐火物挿入部材は、例えば
注入管の拡大段付き部又は孔内に設けられたねじ山によ
って注入管内の高さが調節せしめられる。このように拡
大段付き部又は孔の端面に対する耐火物挿入部材の上部
の空間が変化せしめられる。すなわちこの流れの空間は
注入管の内面と挿入された耐火物挿入片又は部材との間
に形成された空間を変えることによって瞬時に適用され
る。

熱的に且つ電気的に良導性リングは、鋼の流れの方向に
且つ流路の周りに同心円状に示されるように耐火物挿入
部材の上部前方の注入管内に配置される。この熱的に且
つ電気的に良導性リングは供給流路を介して冷却剤があ
てられる。図示の実施例で以下説明するように金属流の
停止及び閉塞が特に有利に行なわれる。

他の特徴によれば電磁コイルは注入管に沿った軸方向高
さがはめこみ又は集約リングの高さ迄有利に調節し得
る。金属流を停止する目的のために意図的に作られた鋼
プラグをいつでも再溶解できる。

冷却部材又はヒートシンクを耐火物挿入部材の上部に設
けることができる。この冷却部材は鋳造開始に注入管に
最初に流れる金属を凝固させる。この冷却部材は注入管
と耐火物挿入部材の組立て前に注入管の孔に設けられる
が、耐火物挿入片又は部材に組入れられてもよい。冷却
部材は例えばあり継ぎガイドによって耐火物挿入片又は
部材と接続された金属冷却ブロック又は部材を含む。

もし、例えば０％から100％迄の流量を制御が必要なら
他の実施例によれば、環状空間に入る前に金属流を上方
に、すなわち重力に逆らって転換することができる。１
つの典型的な装置の実施例において少なくとも１つの流
路を耐火物挿入部材内に配置することができそれによっ
て溶融金属が環状空間前方のその流路を流れ下から環状
空間内に入ることができ且つ環状空間からの流出孔が耐
火物挿入部材の端部上方で環状空間の金属流入面に配置
される。その装置では環状空間内で誘発された乱流によ
って生じた金属の飛沫は下方転換流路内に落下する。従
って金属飛沫は注入管から出られない。

図面の記載１では図を単純化するために、電導液体の流
れを制御する装置の必要な構造だけ示してあるがそれで
当業者には本発明の重要な原理と概念を容易に理解する
ことができよう。

第１図によれば、実施例としてそしてそれに限定されず
に例示されこれ迄記した方法を実施するのに使用した装
置は鋼ストランド18を製造するために連続鋳造鋳型内に
開放する注入管に締められた耐火物挿入部材２を含むこ
とが理解されよう。注入管１は特に示さない注入容器例
えばタンディッシュ下に配置され、タンディッシュから
鋼が注入管１の流路５内に流れる。注入管に流路５の段
付き拡大部を具備し、該拡大部は鋼が画室21へ流れる方
向に大きくなる。耐火物挿入部材２の上部９は画室21の
端面７からの距離10に位置する。この上部９は注入管１
の拡大した流路孔14より小さな径を有しこの孔14の中央
に位置し注入管１の内壁と耐火物挿入部材２の上部９と
の間に環状空間又はリングを形成する。ねじ山20は距離
10を自由に変化させ上部９直上の一定の流れ断面が画室
21に対して調節される。電磁コイル25はそのコイルの中
心が画室21のほぼ同じ高さにあるように注入管１の周り
に同心円状に配置される。

注入管流路５を介して上方から流れる鋼は上部９の上面
で放射状に外へ動き、環状空間11に沿って下に流れる。
このように金属流は電磁コイル25の物理的長さにほぼ対
応する電磁作用領域又は電磁コイル25の長さ内でしかも
コイル25と注入管流路５の中心で流速を抑制する。たと
えば耐火物挿入部材２の上部９は４つの孔16を有しその
孔を介して鋼がチャネル又は流路17から軸及び中心に案
内され連続鋳造鋳型３内に形成されているストランドの
液体心内に流れることができる。

電磁コイル25に電流が供給されると電磁作用が流路５か
ら出て下方へ流れる鋼に生ずる。磁力が外に流れる金属
に作用して環状空間11を介して金属が流れる際に渦流抑
制効果が生じるので抑制作用が発生し、更に金属流を制
限し、増大した磁場強度によって生じた金属の変位によ
り流れ断面を減少させる。

コイル長26は所定の効果によって採用される。たとえば
環状空間11の長さを超える長いコイル25では渦流抑制効
果の役割は大きく金属流の高精度の制御がなされる。例
えば、その効果的領域が第１図に破線で示された耐火物
挿入部材２の上部直上にある空間21を含む短かなコイル
において効果的作用は多かれ少なかれ端部28に関係して
鋼の濃縮抑制又は絞りに制限がなされる。

電磁コイル25は矢印27で示すように注入管１に沿って調
節せしめられる。電磁コイル25に電流を選択に流すこと
によって抑制又は絞りを増して流れる鋼は停止せしめら
れメニスカスは第１図に示されるように上部９の端部28
上方で内側に変位する。このように金属流の０％から10
0％迄の単純な作業上信頼性のある制御は機械的に作動
される機構や機械的摩耗もなく可能である。装置内での
望ましくない鋼の凝固は注入管１の周りに小さなスペー
スで配置された電磁コイル25の作用領域での誘導加熱に
よって解消される。

第１図に示された130mm端面長の鋼ビレットを連続的に
鋳造するための実施例において、流路５の直径は約40mm
であり、環状空間11の外径、内径はそれぞれ約65mm,60m
mであり、四つの孔16の直径は約15mmであり、耐火物挿
入部材２内の軸孔17は約25mmの直径を有する。これらの
幾何学的関係と約500mmの電磁コイル25の中心迄の全静
鉄高さでは50％から100％流速域の制御は約4kAを要する
ことが予想される。10％から100％流速域での制御では
約10kAのコイル電流条件及び作業の完全な終了には約15
kAが予想される。これらの条件は例えば1000Hzの使用電
圧周波数及び低電力供給に対応する。

耐火材料の黒鉛リングが流路５に同心円状の注入管１内
に装備され且つ熱的にも電気的にも良好な伝導性があ
る。リング30には冷却剤、例えばエアや不活性ガスが、
供給流路31を介して当てられる。

このように例えば鋳造の終了時連続的に作用する電磁コ
イル25がなくても流れを停止することができる。このた
めに流れは簡単に電磁気的に中断され、続いて熱の良導
体であるリング30がこの領域の金属が完全に凝固する迄
冷却される。その後、コイル25を切る。コイル25はその
高さを調節するためにリング30の高さ迄軸方向に動かさ
れ上記方法で中断された金属流を誘導再溶解し再び鋳造
する。第２の電磁コイル25aが電磁コイル25の高さにも
調節して配設される。第２の電磁コイル25aはリング又
はリング部材30の高さにすえ付けられる。

第２図は耐火物挿入部材２が上方から注入管２内に挿入
される他の実施例を示す。もし必要ならば、この耐火物
挿入部材２は耐火性セメントによって注入管に設けられ
る。この実施例では孔16は同じ高さにある。電磁コイル
25の作用は図の右半分に示される。電磁コイル25に十分
に高い電流強度が供給されると、材料は耐火物挿入部材
２の上部９の幅方向内側に急速に収縮しそして注入管の
内壁と上部９との間に形成された空間又は画室11からの
他の流れによって抑制又は妨害される。耐火物挿入部材
２上に配されるディスク状の冷却部材又はヒートシンク
（放熱板）35は破線で示される。このようにして制御さ
れた鋳造の開始は鋼を注入管内に注入して該金属の流れ
を冷却部材35の冷却効果によって初め抑制することによ
って可能となる。冷却部材35の領域で凝固した金属は電
磁コイル25の誘導加熱効果によって一時的に選択的に溶
解される。冷却部材35は耐火挿入部材２内に集約されも
し、例えば従来のあり継ぎガイドによって該挿入部材に
締結される。

第２図に示した浸漬注入管１は特に示していない連続鋳
造鋳型の溶融金属浴内に浸漬する。短かい非浸漬注入管
も使用できることは明らかである。

金属流に影響を与える電磁力の制御は電磁コイル25を通
して流れる電流強さによりなされる。電磁コイル25が軸
に沿って移動されるか又は一般に、それぞれ端部28と空
間21に対する電磁コイル25の幾何学的位置が変化するか
又は電磁コイル25内の電流が電気的又は機械的電変位に
よって変位するように所定の電流強度で金属に対する電
磁力を変化させることもできる。更に又、上記方法の組
合せが考えられる。

第１図と第２図の実施例では電磁コイル25は注入管１の
廻りに配置される。環状空間11からの電磁コイル25の距
離は注入管１の壁厚さで影響される。しかしながら、環
状空間は電磁コイル25によって、また端部28を有する変
位体によって直接形成されもする。そのような装置では
電磁コイル25はセラミック材料の薄い層で被覆されそし
て例えば注入管１の伸延部を構成してもよい。そのよう
な装置で効率もかなり改善する。

本発明の他の変位体は適当な形成された注入管１と一体
でストッパを形成するストッパ状突起が端部28上に設け
られる。もし変位体が注入管１のとり付け部の方へ軸方
向に可動する注入管１の要素と一体化して動くならばプ
ラグ状の突起は固定注入管を閉鎖することができる。そ
のような上から下へ効果的なストッパ閉鎖は例えば緊急
閉鎖として金属の流出を十分に止める。

２つの流路を有する耐火物挿入部材40は第３図及び第４
図の注入管４内に配置される。環状空間44は耐火物挿入
部材40と注入管43間の電磁コイル45の作用領域内に配置
される。流路41は環状転換路46に開きそこで環状空間44
に入る前矢印47の方へ環状空間44内に下方から供給され
る前に溶融金属がそれる。環状空間44からの溶融金属の
流出孔49は境界端部50上方に位置づけされ環状空間44入
口断面を規定する。

注入管１又は43、耐火物挿入部材２又は44及び電磁コイ
ル25又は45は図に示すように丸い。しかしながらオーバ
ル、多角形等の他の断面を選択が可能である。

本発明に係る方法と装置は多ストランド鋳造プラントで
有利に使用される。例えばいくつかのビレット間はブル
ームストランド18はいくつかの引き抜き速度でオシレー
タ、ローラガイド、シア等のような通常の設備部品を使
用しながら小さなストランド空間で鋳造される。多スト
ランドプラントにおいて電磁コイルに電流を供給する電
気装置は各々独立したストランドに独立した中間周波数
電流供給か、又は独立電磁コイル25の並列又は直列接続
を有する多ストランド設備につき１つの中間周波数電力
供給がなされてもよい。

個々のストランド18の独立制御が上記１つのコントロー
ル又はそれらの組合せによて行なうことができる。並列
接続を使用する場合、個々のストランドの制御、例え
ば、可変誘導体での連続チョークによる制御も考えられ
る。

本発明は２つのストランドが精度よく同時に鋳造される
いわゆる双鋳造で有利に使用される。

本発明の好ましい実施例を図示し、記載しているが、本
発明はそれに限定されず特許請求の範囲内で種々に変形
され実施される。

【図面の簡単な説明】

第１図は注入管、挿入部材、及び電磁コイルを有する本
発明の第１の実施例を概略的に示し、第２図は本発明の
他の実施例を概略的に示し、第３図は第４図のIII−III
切断断面図を概略的に示し、第４図は第３図のIV−IV切
断面の本発明の他の実施例断面図を概略的に示す。 １……注入管、２……耐火物挿入部材、３……連続鋳造
鋳型、５……流路、９……上部、10……空間、11……環
状空間（リング）、21……空間、25……コイル、26……
コイル長、30……リング、35……冷却部材（ヒートシン
ク）、40……耐火物挿入部材、41……流路、43……注入
管、44……環状空間、45……電磁コイル、47……孔、50
……境界端部。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】注入管１の周りに同心円状に配置された磁
   界発生用コイル25,45によって注入管内の電導液体流、
   特に、連続鋳造における溶融金属の流動を制御する方法
   において、注入管内流路５の中心領域であってかつコイ
   ル25,45の電磁作用長内において、金属の流動を挿入部
   材２によって妨害するとともに、該挿入部材２と注入管
   内流路５で構成された実質的な環状空間11の領域内で絞
   り用電磁力を上記金属に付与することを特徴とする電導
   液体流を制御する方法。
2. 【請求項２】コイル25の電磁作用長内において前記金属
   の流動を該金属流の外側へそらすことによって、該金属
   の流動を妨害する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】金属流、特に鋼の連続鋳造の場合の注入時
   に、該金属流を遮断するために、金属流を簡易に電磁気
   的に検知し、注入管流路５内の金属を冷却凝固し、続い
   て電磁場を切ることを特徴とする請求項１又は２記載の
   方法。
4. 【請求項４】注入管流路５内にある金属をその流動方向
   におけるコイル25の作用長の前方において冷却して凝固
   することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】金属流の開始、特に鋼の連続鋳造における
   注入の開始のために、前記コイル25の電磁作用長内での
   注入管流路５内の金属を冷却凝固し、そして所定の時間
   にコイル25によって誘導溶解することを特徴とする請求
   項１〜４記載の方法。
6. 【請求項６】前記金属流を環状空間46へ流入する前に、
   コイルの電磁作用長内で該金属流の流れをそらして上方
   向へ向けることを特徴とする請求項１〜５記載の方法。
7. 【請求項７】注入管１の周りに同心円状に配置された磁
   界発生用電導液体流、特に連続鋳造における溶融金属の
   流動を制御する装置において、注入管１を介して流す流
   路５内でかつコイル25の電磁作用長内に耐火物挿入部材
   ２を設け、而して該挿入部材は少くともその上部９によ
   って注入管内流路５の中央部分をふさぎかつ注入管１と
   ともに金属を流動移送するための実質的に環状の空間1
   1,44を形成することを特徴とする電導液体流を制御する
   装置。
8. 【請求項８】前記挿入部材２が注入管１とともに環状空
   間11を形成し、コイルの電磁作用領域内の該空間長さが
   制御特性に影響を与えることを特徴とする請求項７記載
   の装置。
9. 【請求項９】前記流入管１の中央部をふさぐ挿入部材２
   の直径を溶融金属の電導性及び／又はコイル電流の周波
   数に独立して選択することを特徴とする請求項７又は８
   記載の装置。
10. 【請求項１０】前記挿入部材２の直径が溶融金属への電
    磁界の透過深さδの３倍より大きいことを特徴とする請
    求項７〜９記載の装置。
11. 【請求項１１】前記流入管１を介して流動移送するため
    の流路５が空間21への段付き拡大を有しかつ挿入部材２
    を空間21の端面７からの距離10において設置することを
    特徴とする請求項７〜10の装置。
12. 【請求項１２】前記挿入部材２の上部９が該挿入部材２
    を介して流動移送するために環状空間11を軸方向流路17
    に連結する貫通孔16を有することを特徴とする請求項７
    〜11記載の装置。
13. 【請求項１３】前記挿入部材２を注入管１内に高さを調
    節可能に配設したことを特徴とする請求項７〜12に記載
    の装置。
14. 【請求項１４】注入管１内において、熱的かつ電気的に
    良伝導性のリング30を、流動方向での挿入部材２の上部
    ９の前方で、かつ流路５の周りに同心円状に設置するこ
    とを特徴とする請求項７〜13記載の装置。
15. 【請求項１５】前記コイル25を少くともリング30の領域
    内迄高さを調節可能にしたことを特徴とする請求項14記
    載の装置。
16. 【請求項１６】冷却体35を挿入部材２の上部９に設ける
    ことを特徴とする請求項７〜15記載の装置。
17. 【請求項１７】耐火物挿入部材40において、少くとも１
    個の流路41を、溶融金属が環状空間44へ入る前に流路41
    を介して流動しかつ下方から環状空間44へ供給可能な流
    路を介して流動するように設置し、さらに環状空間44か
    らの出口の貫通孔49を金属を流入するために環状空間44
    の側面上の境界端部50の上方に設置することを特徴とす
    る請求項７〜16記載の装置。